|
0引言
电力变压器是发电厂和变电站的主要电气装备，对电力系统的平安稳定运行相当重要，尤其是年夜型高压、超高压电力变压器造价昂贵、运行责任重年夜。一旦发生故障遭到损坏，其检修难度年夜、时间长，要造成很年夜的经济损失；另外，发生故障后突然切除变压器也会对电力系统造成或年夜或小的扰动。是以，对继电庇护的要求很高。
作为电力变压器的主庇护的变压器差动庇护历来获得广年夜庇护同们的重视，对其主要庇护原理的研究已相当有功效。可是对于其电流互感器(TA)及其联接组的若干问题尚留有进一步探讨的余地，如：(1)变压器各侧TA联接组的变比匹配和相位批改；(2)TA饱和时的对策；(3)TA二次电路断线或短路时的对策；(4)TA的相序、极性和接地问题等。
这些问题处置的欠好也会直接影响变压器差动庇护的靠得住工作，下降庇护性能。非凡是现在年夜采用的微机型变压器差动庇护，由于具有了加倍壮大的数据处置、计较、逻辑判定等软件功能，更应当很益处理息争决这些问题。本文针对这些问题并经由过程持久在变压器庇护方面的研究、设计和运用中的体味，对变压器差动庇护中变压器各侧电流互感器TA及其联接组的若干问题门作了探讨。
1电流互感器TA联接组的变比匹配和相位批改
一般来说，在电力变压器中有电流流过时，经由过程变压器各侧电流互感器TA的二次电流不会正好完全平衡，这是由于变压器的变比和接线组别和变压器各侧的电流互感器TA的变比和接线等情况有关。是以，变压器差动庇护系统设计时必需斟酌下列各项身分，使得经过合理匹配的各侧电流才能进行比力。这些身分主要是：1)变压器各侧的电压品级，包括分接头情况；2)变压器各侧的电流互感器情况及其接线方式；3)变压器Y-△接线下酿成的电流相位角差；4)变压器Y接线绕组侧的中性点接地情况；5)变压器△侧有无接地故障零序电流电源。
常规的变压器差动庇护装配，普遍采用合理的选择电流互感器TA的运用接线方式批改相位差，并经由过程装配内部的器件进行变比匹配或经由过程用的外部辅助电流互感器进行变比匹配，从而解决这些问题，这里不再赘述。今朝，微机型变压器差动庇护装配普遍哄骗自己利便的计较条件，经由过程庇护软件单纯地以数学方式来实现匹配各类变压器和其电流互感器TA的变比，和被庇护变压器接线组别形成的相位差。不需要装配内部的器件进行变比匹配或用的外部辅助电流互感器进行变比匹配。
一般情况下，微机型变压器差动庇护装配可以采用以下的数学表达式模拟变压器各侧电流的匹配情况，不再要求电流互感器TA的接线方式。其凡是的编程系数矩阵数学表达式以下：
式中：[IOUT]为匹配后的该侧电流Ia、Ib、Ic的矩阵；Kn为该侧变比平衡系数；[A]为该侧相位平衡系数的矩阵；[IIN]为该侧输进装配的电流IA、IB、IC的矩阵；
假设采用零序电流抵偿方式，其凡是的编程系数矩阵数学表达式以下：
式中：[I0]为该侧零序电流的矩阵；K0为该侧零序变比平衡系数。
例如，对于如图1所示的变压器接线情况，假设设定输进微机型变压器差动庇护装配的变压器主一次和主二次电流的各侧电流互感器TA均为星形接法，且同名端均在变压器的外侧，那末庇护装配电流互感器TA联接组的变比匹配和相位批改方式可以采用以下两种方式：
方式一，变比匹配和相位批改依照无零序抵偿的常规方式。依照式(1)肯定的各侧编程矩阵方程以下：
方式二，有零序抵偿的方式。它的各侧编程矩阵方程依照式(2)和式(1)肯定以下：
它们之间的区分主要是：方式一合适常规使用方式，运用经验丰硕；方式二对于变压器一次侧的接地故障活络度较方式一好；方式二由于对于变压器一次侧电流互感器输进的电流没有相关合成，是以对于变压器发生的励磁涌流的原始特征保留情况可能例如式一好些；方式二的错误谬误是需要输进庇护装配接地侧的零序电流，运用经验不够丰硕。
经由过程以上分析和在现实运用中的体味，采用纯数学方式依靠软件实现电流互感器TA联接组的变比匹配和相位批改方式带来的益处是：靠得住性高、方式灵活、不受情况影响、经济性好、修改利便等。可是，在运用中一定要注重选择的变比平衡系数的限制范围，避免变比平衡系数自己放年夜庇护的采样值影响庇护工作。
2电流互感器TA饱和时的对策
常规电磁耦合方式的电流互感器TA，由于故障电流年夜和(或)系统时间常数长和电流互感器TA自己的剩磁等身分引发的电流互感器TA饱和情况，会对变压器差动庇护装配发生极为晦气的影响。非凡是电流互感器TA的暂态饱和对援用变压器各侧电流的变压器差动庇护的影响更年夜，应当接纳响应的识别方式区分是否为变压器差动庇护区外的故障酿成的电流互感器饱和的情况，避免变压器差动庇护发生误动作。
今朝，一方面临于电流互感器TA的选型已斟酌或注重到电流互感器TA的暂态饱和问题，如在高压系统或年夜容电力装备高压侧普遍设计采用TPY级电流互感器，和选用带小气隙的PR级电流互感器等；另外一方面要求庇护装配自己具有一定的抗电流互感器饱和的能力，非凡是抗电流互感器TA的暂态饱和的能力。对于庇护装配采用的判别方式主要是哄骗电流互感器饱和后的电流特征识别，如电流波形识别法、谐波含判别法、时差判别法等。下面介绍一种变压器差动庇护中选用的抗电流互感器饱和的附加稳定特征区判别方式：
首先，对于发生在被庇护变压器区内的短路故障，它引发的电流互感器TA饱和是不容易用差动电流和制动电流的比值区分的。这是由于差动电流和制动电流的丈值城市遭到影响，而且它们的比值立即就会知足庇护动作条件。这时候的比率差动庇护的动作特征仍是有用的，故障特征知足比率差动庇护的动作条件。
其次，对于发生在被庇护变压器区外的故障，它发生的较年夜的穿越性短路电流引发的电流互感器饱和，会发生很年夜的子虚差动电流，这在各个丈点的电流互感器TA饱和情况分歧时更为严重。假设由此发生的值引发的工作点落在了比率差动庇护的动作特征区内，而且不接纳任何稳定比率差动庇护的措施，比率差动庇护将会误动作。可是我们知道：电流互感器TA其实不是在故障一起头就发生饱和，而是在故障发生后经过一段时间，其铁芯的磁灵通到它的饱和密度后才起头的。这样，电流互感器TA从故障肇端到起头饱和时总会有一段时间(不小于1/4T-1/2T，T为工频周期的时间)还能够线性变换电流，不会立即发生饱和。是以，依照基尔霍夫电流定律计较变压器各侧的电流获得的差动电流，在起头的短时间内基本平衡，仅会发生较小的不服衡电流，待电流互感器TA饱和后才会发生较年夜的差动电流，引发变压器差动庇护误动。
针对上述情况，变压器差动庇护可以设一个电流互感器TA饱和时的附加稳定特征区，它能够区分出这类变压器区内、外故障情况，它的工作特征如图2所示。
对于发生在被庇护变压器区外的故障引发的电流互感器TA饱和，哄骗故障发生的初的1/4T-1/2T时间内，可以经由过程高值的初始制动电流(ITA)检测出来，此制动电流会将工作点短暂的移至附加稳定特征区内。反之，当变压器区内故障时，由于差动电流很年夜，其与制动电流的比值引发的工作点会立即进进比率差动庇护的动作特征区内。是以，庇护经由过程丈的电流值引发的工作点是否在附加稳定特征区内，在半个周期内由此判别作出决议。一旦检查出外部故障引发电流互感器TA饱和，可以选择差动庇护自动闭锁了比率差动庇护，并依照整定的时间(TTA)内一直有用闭锁比率差动庇护，直到整定的时间到时才消除闭锁。检查出变压器区外故障引发电流互感器TA饱和的判据公式以下式(7)。
式中：ITA为检查TA饱和制动电流门坎值；TTA为TA饱和闭锁时间
在外部故障引发的电力互感器TA饱和闭锁了比率差动庇护时代，假设发生故障变化在变压器庇护区内也发生了故障，其引发的工作点稳定地接连两个周期工作在高定值的动作区内，那末电流互感器TA饱和闭锁会被立即消除。由此靠得住地检查出被庇护变压器成长中的故障而迅速动作。
3电流互感器TA二次电路断线或短路时的对策
历来，对于微机型变压器差动庇护判别其电流互感器二次电路的断线或短路故障比力坚苦，缘由是单纯经由过程自己的电流往判定接线比力复杂的电流互感器二次电路的多种多样的断线和短路故障，很难与各类各样的系统异常或故障情况区分，是以很多微机型变压器差动庇护都只是配有简单的电流互感器二次电路的断线判别元件。针对这类情况，介绍一种由电流和电压配合判别电流互感器TA二次电路断线或短路的判别原理，它非凡适用于主后备一体化方式的微机型变压器庇护装配。
变压器差动庇护的差流异常报警和电流互感器TA二次电路断线或短路判据以下：
1)差流异常告警
当任何一相差流的有用值年夜于告警门坎值，而且接连知足该动作条件的时间跨越10秒钟时，庇护装配发出差流异常告警旌旗灯号，可是不闭锁比率差动庇护。该项功能兼有电流互感器TA二次电路断线或短路、采样通道异常(器件损坏或特征改变等)、外部接线回路不正常等情况的综合告警作用。
2)瞬时电流互感器TA断线或短路告警
在庇护启动后知足以下任一条件时开放比率差动庇护：
①任一侧任一相的电压元件有突变启动；
②任一侧负序电压年夜于门坎值；
③启动后任一侧的任一相电流比启动前增年夜；
④启动后年夜相电流年夜于1.2Ie。
假设上述破除系统故障或扰动的判据不知足，而差动电流的工作点知足公式(8)时，那末庇护判别为电流互感器TA二次电路断线或短路故障，而不认为发生了变压器内部短路故障。
式中：Idset为检查断线或短路差动电流门坎值；k为检查断线或短路的比率系数。
在以上判据的现实运用中，为了知足分歧用户的需要，该判据元件可以设计为经由过程设置装备摆设字选择仅仅发出告警旌旗灯号，或选择发出告警旌旗灯号而且闭锁比率差动庇护，或选择不投进此判据元件。在选择了发出告警旌旗灯号而且闭锁比率差动庇护时，在此选择下还可以选择“”闭锁比率差动庇护或相电流增年夜跨越1.2Ie时自动消除闭锁比率差动庇护。
由于以上判据选择了电流和电压综合判别，所以对于电流互感器二次电路的各类断线或短路情况都能够很好地判别出来。是以，不仅周全增加了电流互感器二次电路故障情况的判别类型范围，而且对于电流互感器二次电路的各类各样的断线或短路情况判别得更准确、更靠得住、更周全。
4电流互感器TA接线的相序、极性和接地问题
变压器差动庇护依照有关的划定在庇护投运前要严酷检查输进庇护装配的电流互感器接线电路的相序和极性，确保变压器差动庇护的准确工作。可是工程实践反映，由于各类各样的缘由，现场确有接错变压器各侧电流互感器三相电路的接线，致使相序和极性毛病的情况发生，造成变压器差动庇护不应有的误动。假设庇护装配自己可以直观的显示输进的变压器各侧电流的相角、幅值，那末对于变压器差动庇护的各侧电流互感器接线的相序和极性检查会有很年夜的扶助，对变压器差动庇护的平安稳定运行又多了一份保证。基于此斟酌，哄骗微机型庇护的较强的人机接口功能，可以直观显示变压器各侧电流的相对相位角度和幅值，显示差流的幅值等，观察输进电流的丈情况。是以，在变压器投运后带有轻负荷的情况下，由现场的庇护技术人员经由过程观察变压器差动庇护装配丈显示的变压器各侧电流的情况和差流的情况，绘出变压器各侧电流的相图，就能够直接分析验证变压器各侧电流互感器TA电路接线是否准确。假设经由过程观察分析和获得的相图确认接进变压器差动庇护装配的变压器各侧的相电流电路接线正常，仅显示的差流不正常，那末有多是庇护装配自己的数字化平衡变压器各侧电流的整定值整定有问题，从而也验证了庇护装配的数字化平衡变压器各侧电流的整定值是否准确。
变压器差动庇护的二次电流回路接线的另外一个值得注重的问题是：接地址问题。关于仪用互感器的二次回路必需有靠得住的接地的要求，在国内外的响应规程中都有明确的划定。例如，在1983年部颁《继电庇护和平安自动装配技术规程》中，就有以下条则：电流互感器的二次回路应有一个接地址，并在配电装配四周经端子排接地。但对于有几组电流互感器联接在一起的庇护装配，则应在庇护屏上经端子排接地。
工程实践中反映，确有将接进变压器差动庇护装配的电流互感器二次回路多点接地的情况发生，造成变压器差动庇护装配误动或异常。解决这一问题一方面靠严酷执行有关的规程进行施工外，另外一方面一样在变压器投运后带有负荷的情况下，由现场的庇护技术人员经由过程观察变压器差动庇护装配丈显示的差流的情况分析解决。假设变压器差动庇护装配丈显示的差流不正常，在破除了TA相序接线毛病和装配自己数字化平衡变压器各侧电流的整定值毛病的情况下，那末可以检查电流互感器TA二次回路是否有多点接地的情况存在。
此外，对于变电站内的地网也要依照有关规程的要求平安靠得住的组成一个完整的等电位面的地网，不管主控制室内的地网和开关站的地网都要靠得住平安的互连，二次装备的接地址也一定要依照有关规程平安靠得住的接在地网上。以免开关站内发生接地故障时串进高压造成二次电缆烧毁和损坏二次的庇护控制装备或一些意想不到的工作发生，对庇护的准确工作造成影响。
5竣事语
以上的分析，探讨了变压器差动庇护中电流互感器及其联接组的若干问题，这些问题往往对于变压器差动庇护的准确工作影响很年夜。不能够很好的解决这些问题，就会直接影响变压器差动庇护的性能，甚至造成变压器差动庇护的误动或拒动。现实运用中，由此引发的变压器差动庇护的不正常工作情况也时有发生。
本文介绍的方式已在现实装配中获得了很好的运用，RTDS数字仿真实验、动模实验和现实现场运用都取得了知足的效果，很好地解决了这些问题。
参考文献
[1]王维俭.电气主装备继电庇护原理与运用.北京：中国电力出书社，1998.
[2]王梅义.电网继电庇护运用北京：中国电力出书社1998.
[3]西门子变压器庇护.7UT512/513产物技术说明书.
[4]李宏任.实用继电庇护.北京：机械工出书社2002.
|